專利名稱：控制混合機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)行的方法和混合車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制具有混合驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)行的方法，該混合驅(qū)動(dòng)裝置包括內(nèi)燃機(jī)和額外的至少一個(gè)可選地由發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制的電機(jī)，當(dāng)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，該電機(jī)例如為車輛的車輛電網(wǎng)供電和/或?yàn)樾钅芷鞒潆?。此外，本發(fā)明還涉及具有相應(yīng)控制裝置的混合車輛。
術(shù)語混合車輛指組合有至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)車輛，所述驅(qū)動(dòng)裝置使用不同的能源，以便為車輛運(yùn)行提供功率。特別有利的是，內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)的性質(zhì)相互補(bǔ)充，內(nèi)燃機(jī)通過汽油或柴油燃料的燃燒產(chǎn)生動(dòng)能，電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。因此，當(dāng)今的混合車輛大多裝備有內(nèi)燃機(jī)和一個(gè)或多個(gè)電機(jī)的組合。存在兩種不同的混合方案。在所謂的串聯(lián)或順序混合方案中，僅通過電機(jī)來實(shí)現(xiàn)車輛的驅(qū)動(dòng)，而內(nèi)燃機(jī)通過單獨(dú)的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流，以給為電機(jī)饋電的蓄能器充電，或給電機(jī)直接饋電。與此相反的是，至少當(dāng)前在載客車輛的應(yīng)用中優(yōu)選并聯(lián)混合方案，其中可以通過內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)來表示車輛的動(dòng)力。
在這樣的并聯(lián)方案中使用的電機(jī)可選地由電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)行。因此，例如電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電機(jī)通常在具有較高車輛負(fù)載的工作點(diǎn)下與內(nèi)燃機(jī)相連。此外，它還能起到內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功能。與此相反的是，內(nèi)燃機(jī)行使動(dòng)力時(shí)的電機(jī)主要是由發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由此將電機(jī)產(chǎn)生的電功率用于例如蓄能器的充電和/或車輛電網(wǎng)的供電。在具有多于一個(gè)電機(jī)的功率分支的混合方案的情況下，還可以將電機(jī)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行另外用于供電。此外，通過發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)通常獲得至少一部分的制動(dòng)功率(恢復(fù))，由此一部分損失的機(jī)械能被轉(zhuǎn)換為電能?；旌戏桨傅耐ǔ?yōu)點(diǎn)是，與常規(guī)的爪極發(fā)電機(jī)相比，該電機(jī)具有更高的效率。
當(dāng)前的電機(jī)類型主要是異步電機(jī)(ASM)或永磁同步電機(jī)(PSM)。在所有類型中，其明確的功率損耗不利于較低的力矩需求，也就是說不利于較低的輸出電功率。這導(dǎo)致的結(jié)果是，必須施加與相對較低的電負(fù)荷不成比例的較多的機(jī)械能，因此通過內(nèi)燃機(jī)消耗較多的燃料，以便通過電機(jī)產(chǎn)生所需的電功率。
本發(fā)明的任務(wù)是提出控制混合車輛的方法，其使得在并聯(lián)混合方案中更有效并且最終更節(jié)約燃料地使用電機(jī)。
通過具有獨(dú)立權(quán)利要求特征的方法和機(jī)動(dòng)車輛解決所述任務(wù)。根據(jù)本發(fā)明，依賴保持給定的邊界條件，在交替的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)的運(yùn)行(脈沖充電運(yùn)行)，借此(a)在第一時(shí)間間隔內(nèi)，電機(jī)使用第一高電功率輸出運(yùn)行，所述電功率輸出高于所述車輛電網(wǎng)的實(shí)際功率消耗，以及(b)在第二時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉。
通過一方面具有電功率輸出以及另一方面在中間的時(shí)間間隔中處于完全關(guān)閉狀態(tài)下的電機(jī)交替的運(yùn)行，其中，電功率輸出明顯高于車輛電網(wǎng)(可能是為蓄能器充電到給定的充電狀態(tài))實(shí)際需要的功率，極大地避免了在這些極值間處于具有不合適的效率的負(fù)荷點(diǎn)的運(yùn)行。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，明顯地改善了電機(jī)的總效率以及總的混合動(dòng)力總成并降低了燃料消耗。在此，可以根據(jù)需要使用在第一時(shí)間間隔通過電機(jī)所提供的高電功率，以便為電蓄能器充電(可能給額定充電狀態(tài)加上緩沖值)和/或另一方面為機(jī)動(dòng)車輛的車輛電網(wǎng)供電，其中不但可以理解成被耗電部件所耗費(fèi)的功率，而且還可以理解成為充電可選存在的浮充蓄電池(通常是12V車輛蓄電池)。相反地，在第二時(shí)間間隔內(nèi)，基本上實(shí)現(xiàn)由第一時(shí)間間隔內(nèi)充滿電的蓄能器(并且必要時(shí)由車輛蓄電池)向車輛電網(wǎng)的供電。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行的時(shí)間間隔中，根據(jù)給定的閾值來實(shí)現(xiàn)電機(jī)蓄能器充電狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。特別地，當(dāng)蓄能器的充電狀態(tài)達(dá)到高轉(zhuǎn)換界限時(shí)，結(jié)束第一時(shí)間間隔，反之，當(dāng)蓄能器的充電狀態(tài)達(dá)到低轉(zhuǎn)換界限時(shí)，結(jié)束第二時(shí)間間隔(關(guān)閉的電機(jī))。通過這種方式，蓄能器的充電狀態(tài)圍繞額定充電狀態(tài)擺動(dòng)。可以使用相同或不同的額定充電狀態(tài)的間隔來確定高轉(zhuǎn)換界限和低轉(zhuǎn)換界限。額定充電狀態(tài)從其方面根據(jù)操作點(diǎn)及蓄能器尺寸和類型計(jì)算為恢復(fù)電勢、升壓電勢、蓄能器壽命和冷啟動(dòng)安全之間的妥協(xié)。
已經(jīng)表明，根據(jù)保持給定的邊界條件形成交替的發(fā)電機(jī)運(yùn)行。優(yōu)選給定特定的邊界條件，其保證對于連續(xù)運(yùn)行，實(shí)施脈沖運(yùn)行，通過較小的功率輸出產(chǎn)生效率改進(jìn)。按照這點(diǎn)，對于方法的允許來說，優(yōu)選低于車輛電網(wǎng)或蓄能器的實(shí)際功率要求的閾值，尤其是低于二者所要求的總功率要求的閾值。在此，將電蓄能器的實(shí)際功率要求理解成為給蓄能器充電到在各種情況下均低于最大充電狀態(tài)的給定的充電狀態(tài)所要求的電功率?；蛘呋虼送?，對于使用交替的發(fā)電機(jī)運(yùn)行，要求低于另一閾值，該閾值涉及車輛電網(wǎng)和/或蓄能器的實(shí)際功率要求與電機(jī)實(shí)際最大可能的發(fā)電機(jī)功率輸出(根據(jù)車輛的實(shí)際操作點(diǎn))的比值。此外，當(dāng)在電機(jī)的功率特性曲線僅具有低轉(zhuǎn)數(shù)依賴性的范圍內(nèi)開動(dòng)電機(jī)時(shí)，那么尤其優(yōu)選使用該方法。
特別優(yōu)選根據(jù)交替運(yùn)行之前和交替運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)的功率平衡來確定電機(jī)的交替脈沖運(yùn)行。在這種情況下，只有當(dāng)平衡導(dǎo)致對于常規(guī)的連續(xù)運(yùn)行達(dá)到或超過所取得的效率優(yōu)點(diǎn)的閾值時(shí)，才實(shí)現(xiàn)(并且早就實(shí)現(xiàn))本發(fā)明的交替運(yùn)行。在平衡中，特別優(yōu)選考慮內(nèi)燃機(jī)的負(fù)載點(diǎn)偏移，這是為補(bǔ)償內(nèi)燃機(jī)利用電機(jī)的負(fù)載點(diǎn)偏移產(chǎn)生的較高驅(qū)動(dòng)力矩。
另一給定的邊界條件可涉及脈沖充電運(yùn)行的描述。例如可以要求，蓄能器的額定充電狀態(tài)處于某一范圍，尤其是保持與充電狀態(tài)的上限許可值和下限許可值的最小距離。這是必需的，以便能夠描述圍繞額定充電狀態(tài)的交替充電狀態(tài)的振幅。根據(jù)方法的另一有利變體，這樣給定適當(dāng)?shù)念~定充電狀態(tài)，以便保持與上下限許可值的足夠間隔，該足夠間隔實(shí)現(xiàn)脈沖充電運(yùn)行。
此外，優(yōu)選設(shè)計(jì)通過內(nèi)燃機(jī)補(bǔ)償由本發(fā)明的脈沖方法引起的力矩變化，尤其是以提高氣缸充氣量的方式，以便避免對行駛性能產(chǎn)生的不利影響。然而，因?yàn)閮H可以通過有限的速率和精確性來實(shí)現(xiàn)每一力矩補(bǔ)償，優(yōu)選設(shè)計(jì)另一給定的邊界條件，該邊界條件僅允許實(shí)施運(yùn)行狀況下的本發(fā)明交替的發(fā)電機(jī)運(yùn)行，其中僅僅產(chǎn)生了相對較小的力矩變化，或者更確切地說得到良好的補(bǔ)償。關(guān)于這點(diǎn)，當(dāng)滿足至少下列力矩補(bǔ)償所涉及的邊界條件之一時(shí)，可以允許交替的運(yùn)行
-保持內(nèi)燃機(jī)實(shí)際扭矩與內(nèi)燃機(jī)最大力矩(全負(fù)荷特性曲線)的最小距離，尤其是實(shí)際內(nèi)燃機(jī)力矩為全負(fù)荷特性曲線最大值的75％，優(yōu)選最大值的80％，更優(yōu)選最大值的90％；-不存在實(shí)際的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行或者內(nèi)燃機(jī)向負(fù)載點(diǎn)偏移的預(yù)期的運(yùn)行，該內(nèi)燃機(jī)伴有構(gòu)件保護(hù)的混合氣變濃；-存在實(shí)際最小車輛速度，尤其是至少15km/h的實(shí)際最小車輛速度，優(yōu)選至少25km/h的實(shí)際最小車輛速度，尤其優(yōu)選至少40km/h的實(shí)際最小車輛速度；-存在車輛傳動(dòng)裝置的插入最低擋等級，尤其是第三和高擋的插入最低擋等級。
同樣，基于力矩補(bǔ)償?shù)脑颍诘谝粫r(shí)間間隔期間(也就是說在脈沖充電期間)，根據(jù)最大值來限制電機(jī)的最大發(fā)電機(jī)功率是有意義的。
在實(shí)施例的范圍中討論各邊界條件更準(zhǔn)確的說明。
此外，本發(fā)明還涉及具有混合驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)車輛，該機(jī)動(dòng)車輛包括控制部件，使用該控制部件可以相應(yīng)于前述實(shí)施例控制本發(fā)明電機(jī)的交替發(fā)電機(jī)運(yùn)行?？刂撇考绕浒刂票景l(fā)明脈沖充電運(yùn)行的程序算法，該程序算法可存儲在總的電動(dòng)機(jī)控制裝置或單獨(dú)的控制單元中。
由從屬權(quán)利要求所述的其余特征得到了本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明

圖1是本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2示出異步電機(jī)的發(fā)電機(jī)的效率特性曲線族；圖3示出永磁同步電機(jī)的發(fā)電機(jī)的效率特性曲線族；以及圖4示出在電機(jī)發(fā)電機(jī)的常規(guī)連續(xù)的運(yùn)行期間和電機(jī)發(fā)電機(jī)的本發(fā)明的不連續(xù)的運(yùn)行期間，蓄能器-充電狀態(tài)的時(shí)間進(jìn)程、發(fā)電機(jī)的力矩以及車輛速度。
在圖1中用10總體表示并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)裝置，其中不再詳細(xì)描述混合車輛?？蛇x地或同時(shí)通過常規(guī)內(nèi)燃機(jī)12(汽油機(jī)或柴油機(jī))和電機(jī)(E-Maschine)14實(shí)現(xiàn)車輛的驅(qū)動(dòng)，二者均影響相同的軸，尤其是影響內(nèi)燃機(jī)12的曲軸。電機(jī)14與電動(dòng)機(jī)曲軸的連接可以通過不同的方式實(shí)現(xiàn)。因此，電機(jī)14可以直接或通過離合器與曲軸相連，或者通過皮帶傳動(dòng)、齒形皮帶、傳動(dòng)裝置或別的力配合和/或形狀配合的連接。使用所述的傳動(dòng)系18，通過自動(dòng)或手動(dòng)傳動(dòng)裝置16將內(nèi)燃機(jī)12和電機(jī)14相連。使用離合器20實(shí)現(xiàn)消除內(nèi)燃機(jī)12的主動(dòng)軸的連接，或者更確切地說實(shí)現(xiàn)消除傳動(dòng)裝置16與電機(jī)14的連接，通過駕駛員對沒有描述的離合器踏板的操作可以打開離合器并且通過不操作關(guān)閉離合器。
此外，在圖1中表明了在內(nèi)燃機(jī)12和電機(jī)14之間可選的布置好的附加的離合器22。這樣的附加的離合器22允許內(nèi)燃機(jī)12從傳動(dòng)系18單獨(dú)的分離，或者更確切地說從電機(jī)14分離，因此原則上優(yōu)點(diǎn)在于，由于內(nèi)燃機(jī)12關(guān)閉，所以不必產(chǎn)生機(jī)械摩擦阻力。因此，雖然附加的離合器22導(dǎo)致額外的節(jié)約燃料的潛力，但是需要更高的成本，設(shè)計(jì)和建造費(fèi)用。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，由于這個(gè)原因，內(nèi)燃機(jī)12和電機(jī)14之間的附加的離合器12雖然基本上還是可行的，但是并不優(yōu)選這樣設(shè)計(jì)。
可以可選地由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行或發(fā)電機(jī)運(yùn)行來驅(qū)動(dòng)電機(jī)14，該電機(jī)14例如可以是三相電流異步電機(jī)或三相電流同步電機(jī)。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行下，電機(jī)14消耗來自蓄能器24的電能(電流)而驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系18。因?yàn)樵诒景l(fā)明的方法中，在考慮總體的效率的同時(shí)，也必須考慮充電和放電過程中效率的損失，原則上優(yōu)選這樣的蓄能器類型，其在這些過程中具有高效率。特別地，優(yōu)選使用這樣的電容蓄能器，其較之電池(例如鉛酸電池、鎳-金屬氫化物電池或鋰離子電池)具有明顯較高的輸入和輸出效率。蓄能器24還可以是由電池(30s.u.)和并聯(lián)的電容蓄能器組成的組合系統(tǒng)，由此優(yōu)選電容蓄能器控制大部分的循環(huán)充電和放電過程。此外，例如為了迅速表現(xiàn)更大扭矩，電機(jī)14的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可以支持開動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)12。
然而，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行下，通過內(nèi)燃機(jī)12，或者更確切地說通過車輛的推力驅(qū)動(dòng)電機(jī)14，并且將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能向蓄能器24補(bǔ)充并使用所述的車輛電網(wǎng)26向蓄能器24供電。車輛電網(wǎng)26包括數(shù)個(gè)耗電部件28并且還可以包括可選的浮充蓄電池30，其通常是常規(guī)的12V車輛蓄電池。中間插入的DC/DC變壓器32根據(jù)車輛電網(wǎng)26所需的12V電壓，下調(diào)電機(jī)14的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量。
通過功率電子裝置34實(shí)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行之間的電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)換，功率電子裝置34根據(jù)電機(jī)的類型，通過集成的逆整流器同時(shí)進(jìn)行直流電和交流電間可能的必須的變換。此外，功率電子裝置34還控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)14的轉(zhuǎn)數(shù)和/或扭矩調(diào)節(jié)或者控制發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電能的調(diào)節(jié)。為了這些目的，例如改變定子旋轉(zhuǎn)場的旋轉(zhuǎn)速度(使用三相電流發(fā)電機(jī))或者通過激發(fā)電壓的影響，或者更確切地說通過激發(fā)電流強(qiáng)度的影響，改變磁場強(qiáng)度。與之相關(guān)的可能的調(diào)整參數(shù)仍取決于機(jī)器類型。特別地，在變頻器的協(xié)助下，可以無級地改變異步電機(jī)的定子電壓和頻率，以便通過給定的轉(zhuǎn)數(shù)來改變發(fā)電機(jī)的輸出效率。
根據(jù)所述的方案，主要通過內(nèi)燃機(jī)12實(shí)現(xiàn)車輛的驅(qū)動(dòng)，該內(nèi)燃機(jī)12通過安置為啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)14啟動(dòng)。此外，電動(dòng)機(jī)14還負(fù)責(zé)升壓功能，其中在高載荷的情況下，尤其是在車輛加速時(shí)，該電動(dòng)機(jī)14與車輛驅(qū)動(dòng)(電動(dòng)機(jī)運(yùn)行)接通。另一方面，在存在車輛動(dòng)能剩余的運(yùn)行的情況下，電動(dòng)機(jī)14具有所謂的恢復(fù)功能，其中在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為向蓄能器24充電的動(dòng)能，并且因此同時(shí)提供制動(dòng)力矩。
本發(fā)明的電機(jī)控制尤其在所謂的適度混合車輛中發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)是具有最高25kW，尤其是最高205KW，通常最高15KW的相對的低功率的電動(dòng)機(jī)的混合車輛。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，優(yōu)選使用功率為7至20kW的電動(dòng)機(jī)，特別優(yōu)選使用功率大約為15kW的電動(dòng)機(jī)。
通過電動(dòng)機(jī)控制裝置36實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)12和功率電子裝置34的運(yùn)行控制，其中并入了程序算法形式的控制裝置(使用38表示)，使用該控制裝置可以在交替的發(fā)電機(jī)運(yùn)行(脈沖充電運(yùn)行)中實(shí)施電機(jī)14隨后描述的本發(fā)明的運(yùn)行?；蛘?，還可以將控制裝置38設(shè)置在單獨(dú)的控制單元中。
圖2和圖3分別顯示了取決于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的力矩M的異步電機(jī)的發(fā)電機(jī)的效率特性曲線族(圖2)和永磁同步電機(jī)的發(fā)電機(jī)的效率特性曲線族(圖3)。(負(fù)的)發(fā)電機(jī)力矩M等于電機(jī)14的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電功率，或者更確切地說是施加于曲軸的制動(dòng)力矩。圖中通過特性曲線說明相同效率的點(diǎn)。在此，內(nèi)部閉合特性曲線與較高效率范圍相應(yīng)，向外效率范圍降低。
永磁同步電機(jī)(圖3)通常具有有限的非常高效率的特性曲線范圍，效率在較高轉(zhuǎn)數(shù)下急劇下降。相反地，圖2說明，雖然異步電機(jī)通常具有較低的峰值效率，但是在高轉(zhuǎn)數(shù)下還是具有相對較高的效率。兩種機(jī)器類型的共同點(diǎn)在于，在需要非常小的力矩時(shí)并且根據(jù)低電功率，效率均明顯下降，也就是說對于發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的相對較少的功率，消耗了相對較多的動(dòng)能。此外，在同步電機(jī)的情況下，由于其永磁場，出現(xiàn)剩余制動(dòng)力矩，或者更確切地說出現(xiàn)電功率的剩余力矩，即使當(dāng)機(jī)器不存在力矩需要時(shí)。相反地，異步電機(jī)在零功率要求時(shí)能夠被完全磁活化，從而實(shí)際上無損失地將異步電機(jī)切斷。由于該特性，通過異步電機(jī)，尤其是有效的異步電機(jī)，本發(fā)明方法發(fā)揮了有利的作用。然而，本發(fā)明的方法對于所有電機(jī)類型基本上是適用的，優(yōu)選是在零功率要求時(shí)幾乎無損失地將其切斷的。
根據(jù)圖4本發(fā)明方法的原理將變得更加清晰。本文中圖形100和102表明蓄能器24分別在常規(guī)連續(xù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)和根據(jù)本發(fā)明的交替(脈沖)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的充電狀態(tài)LZ的時(shí)間進(jìn)程。圖形104和106表明分別根據(jù)常規(guī)的和本發(fā)明方法，電機(jī)14發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的負(fù)力矩M(制動(dòng)力矩)的時(shí)間進(jìn)程，所述負(fù)力矩M與所提供的電功率相同。在該圖的下部分，描述了車輛速度vfzg的進(jìn)程(圖形108)。
根據(jù)圖4，示例性地假定混合車輛的恒定運(yùn)行階段-對于恒定的車輛速度來說是明顯的-和車輛電網(wǎng)26的實(shí)際給定的相對較低的電功率消耗。在這種情況下，根據(jù)常規(guī)操作，電機(jī)14使用恒定的較小的力矩發(fā)電機(jī)運(yùn)行(圖形104)。根據(jù)實(shí)際的車輛電網(wǎng)的需要，該力矩與電功率相應(yīng)，其中通過電功率和電壓變化來考慮電進(jìn)程，該電壓變化是要增加的功率變量的形式。與此同時(shí)，蓄能器24在其額定充電狀態(tài)(LZ_S)時(shí)處于恒定，因?yàn)橥ㄟ^發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的功率施加了車輛電網(wǎng)26的全部電功率要求(圖形104)。在給定轉(zhuǎn)數(shù)n時(shí)，通過圖2中點(diǎn)P1示例性地說明具有較低電能耗的電機(jī)14的操作點(diǎn)。根據(jù)較小的發(fā)電機(jī)力矩，或者更確切地說根據(jù)較小的發(fā)電機(jī)功率，僅具有較低效率的電機(jī)14工作，以便曲軸所取得的機(jī)械功率與發(fā)電機(jī)所取得的電功率之比相對較高并且相應(yīng)地增加了內(nèi)燃機(jī)12的燃料消耗。
在這樣的運(yùn)行狀況下，根據(jù)具有脈沖充電的本發(fā)明方法，電機(jī)14與電蓄能器24相組合地運(yùn)行，借此特意地允許充電狀態(tài)LZ與額定充電狀態(tài)LZ_S有偏差。在此，根據(jù)圖4(圖形102)，首先由蓄能器24(以及如果需要由浮充蓄電池30)唯一地向車輛電網(wǎng)26供電。這進(jìn)行了很久，直到電蓄能器24的充電狀態(tài)LZ在時(shí)間點(diǎn)t0時(shí)達(dá)到低轉(zhuǎn)換界限LZ_1。與此同時(shí)，在起始階段將電機(jī)14完全切斷，以便其不產(chǎn)生力矩，或者更確切地說不產(chǎn)生電功率(圖形106)。在低轉(zhuǎn)換界限LZ_1到達(dá)時(shí)間點(diǎn)t0時(shí)，打開發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電機(jī)14，也就是說具有相對于常規(guī)方法明顯較高的力矩M，或者更確切地說，明顯較高的電功率。在該時(shí)間間隔中，通過電機(jī)14輸出的電功率來實(shí)現(xiàn)車輛電網(wǎng)26的供電和蓄能器24的充電，根據(jù)充電狀態(tài)LZ的陡峭的坡度，這是明顯的。圖2中通過點(diǎn)P2來表示在該階段中的負(fù)載點(diǎn)，并且與傳統(tǒng)方法相比，處于明顯較高的發(fā)電機(jī)力矩。明顯的是，在該時(shí)間間隔內(nèi)，負(fù)載點(diǎn)偏移伴隨明顯的效率改善。保持電機(jī)14的發(fā)電機(jī)運(yùn)行，直到充電狀態(tài)在時(shí)間點(diǎn)t1時(shí)到達(dá)高轉(zhuǎn)換界限LZ_2。在該時(shí)間點(diǎn)，再次切斷電機(jī)14并且還使車輛電網(wǎng)唯一地由蓄能器24供電，所述蓄能器24與下降的充電狀態(tài)相關(guān)。
相對于100％的蓄能器24的最大充電狀態(tài)，低轉(zhuǎn)換界限LZ_1和高轉(zhuǎn)換界限LZ_2分別具有低于或高于蓄能器24的額定充電狀態(tài)LZ_S至多20％的距離，尤其是至多10％的距離，并且優(yōu)選至多5％的距離。例如，對于70％的額定充電狀態(tài)LZ_S，在5％的轉(zhuǎn)換界限的距離時(shí)，蓄能器24的充電狀態(tài)LZ在65％(LZ_1)和75％(LZ_2)之間的交替的發(fā)電機(jī)運(yùn)行下振蕩。然而，還可以理解，給定與額定充電狀態(tài)LZ_S的不同距離彼此獨(dú)立的高轉(zhuǎn)換界限和低轉(zhuǎn)換界限。
當(dāng)發(fā)電機(jī)功率不僅用于向車輛電網(wǎng)26供電時(shí)，而且還額外地或替換地用于將蓄能器24的充電狀態(tài)LZ提高至其額定充電狀態(tài)LZ_S時(shí)，還可以使用本方法。然而，前提是總的車輛電網(wǎng)26和/或蓄能器24所需要的功率消耗總共是如此的少，以致恒定發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)14僅僅具有較低的效率。因此，當(dāng)電機(jī)14僅需要較少的發(fā)電機(jī)功率時(shí)，那么總是能夠有利地使用本發(fā)明的方法，不依賴于實(shí)際的車輛電網(wǎng)需要。
當(dāng)相對于電機(jī)14的連續(xù)運(yùn)行，期望通過本發(fā)明的不連續(xù)運(yùn)行進(jìn)行效率改善時(shí)，那么優(yōu)選使用本發(fā)明的方法。尤其是給定一個(gè)或多個(gè)與效率有關(guān)的邊界條件，交替運(yùn)行的實(shí)施取決于該邊界條件的實(shí)現(xiàn)。尤其是當(dāng)車輛電網(wǎng)26(耗電部件28和浮充蓄電池30)和/或蓄能器24的實(shí)際功率要求的閾值低于1200W，優(yōu)選低于800W并且尤其優(yōu)選低于500W時(shí)，實(shí)施交替運(yùn)行。關(guān)于這點(diǎn)，相對于需要的總功率，優(yōu)選設(shè)計(jì)將在發(fā)電機(jī)時(shí)間間隔期間的脈沖充電提高至少500W，優(yōu)選提高至少1000W并且尤其優(yōu)選提高至少1500W。
當(dāng)車輛電網(wǎng)26和/或蓄能器24的實(shí)際的功率要求與電機(jī)14的實(shí)際最大可能發(fā)電機(jī)功率之比低于15％，優(yōu)選低于10％并且尤其優(yōu)選低于5％時(shí)，那么就給出進(jìn)一步優(yōu)選的方法運(yùn)行條件。在這種情況下，在發(fā)電機(jī)時(shí)間間隔(脈沖充電)中，需要的總功率與電機(jī)最大可能功率之比提高至少5％(例如15至20％)，優(yōu)選提高至少10％并且尤其優(yōu)選至少15％。
此外，當(dāng)在轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行電機(jī)14時(shí)，其中效率特性曲線(參見圖2和3)對轉(zhuǎn)數(shù)n僅具有較小的依賴性，那么就尤其優(yōu)選使用本發(fā)明的方法。在本文中，轉(zhuǎn)數(shù)n的優(yōu)選應(yīng)用范圍是≥1250min-1，優(yōu)選≥1500min-1，并且尤其優(yōu)選≥2000min-1。另一方面，由于上述原因，本方法不使用非常高的轉(zhuǎn)數(shù)也是合理的。
可以如下給出使用本方法的進(jìn)一步有利條件，蓄能器22的額定充電狀態(tài)LZ_S必須處于預(yù)定范圍之內(nèi)。這是必要的，以便考慮圍繞額定充電狀態(tài)LZ_S所需要的波動(dòng)范圍而使用為描述交替運(yùn)行所需的蓄能器22的充電沖程(ladehub)。例如，相對于蓄能器22的最大充電狀態(tài)，額定充電狀態(tài)LZ_S可以具有與高許可充電極限值(通常是100％SOC)和/或低許可充電極限值至多20％的距離，優(yōu)選至多10％，并且尤其優(yōu)選5％。還可以彼此獨(dú)立地選擇這兩個(gè)極限值。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施，低充電極限值可以與額定充電狀態(tài)LZ_S對應(yīng)。在本方法的進(jìn)一步安排中，在控制裝置36、38中，這樣有針對性地給定蓄能器22的額定充電狀態(tài)LZ_S，即，為使本方法可行，保持與高許可充電極限值和低許可充電極限值足夠的距離。
根據(jù)尤其優(yōu)選的實(shí)施例，在電動(dòng)機(jī)控制裝置36下的本發(fā)明的交替發(fā)電機(jī)運(yùn)行之前和期間，執(zhí)行效率平衡，并且只有當(dāng)或者更確切地說，像相對于常規(guī)連續(xù)方法，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行邊界條件得到效率優(yōu)點(diǎn)時(shí)，才使用本方法，或者更確切地說長時(shí)間地使用本方法。特別地，相對于常規(guī)運(yùn)行方式，效率改善需要至少2％，優(yōu)選至少5％，并且尤其優(yōu)選至少10％。在效率平衡中，有利的是還可以根據(jù)電機(jī)14的變化的發(fā)電機(jī)運(yùn)行來考慮所造成的內(nèi)燃機(jī)12的負(fù)載點(diǎn)偏移。雖然內(nèi)燃機(jī)12通常在電機(jī)14關(guān)閉時(shí)在較低效率的范圍內(nèi)工作，但是當(dāng)本發(fā)明脈沖運(yùn)行期間根據(jù)電機(jī)14的負(fù)載點(diǎn)提高，也就是說根據(jù)較高的制動(dòng)力矩，通常還存在內(nèi)燃機(jī)12的較高負(fù)載，并且因此存在較高的效率。考慮內(nèi)燃機(jī)12的效率偏移，為了應(yīng)用本發(fā)明的方法需要應(yīng)該高于上述值的總效率優(yōu)點(diǎn)。在效率平衡中，還優(yōu)選考慮蓄能器的蓄能損失以及功率和連接損失的影響，所述蓄能器的蓄能損失是由較高電功率的小幅升高引起的。
由本發(fā)明的電機(jī)14的脈沖充電方法引起的力矩變化由內(nèi)燃機(jī)12補(bǔ)償，以避免對行駛性能產(chǎn)生不利的影響。因?yàn)榭梢詢H通過有限的精確度和速率實(shí)現(xiàn)力矩補(bǔ)償，所以優(yōu)選將本方法的實(shí)施限制在這樣的運(yùn)行狀況，其中所引起的力矩波動(dòng)相對較小，或者更確切地說是可以補(bǔ)償?shù)?。此處考慮，力矩波動(dòng)水平取決于發(fā)電機(jī)力矩的變化，或者更確切地說電功率的變化，以及例如還取決于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比?；谠撛颍瑢⑦\(yùn)行發(fā)電機(jī)的時(shí)間間隔期間的最大發(fā)電機(jī)功率限制在至多10kW，優(yōu)選至多5kW，并且尤其優(yōu)選至多3kW是合理的。此外，在傳動(dòng)裝置16的某些擋中，尤其是倒擋以及第一和第二擋中不使用本方法是合理的。最后，基于上述原因，本方法僅針對高于15km/h，優(yōu)選高于25km/h，并且尤其優(yōu)選高于40km/h的車輛速度啟動(dòng)是合理的。
為了使內(nèi)燃機(jī)12所需的負(fù)載點(diǎn)提高成為可能，有利的是，為啟動(dòng)交替的發(fā)電機(jī)方法，保持實(shí)際的內(nèi)燃機(jī)負(fù)載與內(nèi)燃機(jī)12的全負(fù)荷特性曲線的最小距離。優(yōu)選只有當(dāng)實(shí)際內(nèi)燃機(jī)力矩值最高為可能最大內(nèi)燃機(jī)力矩的90％，優(yōu)選最高為85％，并且尤其優(yōu)選最高為75％時(shí)，本方法才被允許。此外，該操作方式也由此利于防止當(dāng)前汽油機(jī)在全負(fù)荷時(shí)經(jīng)常使用的混合氣變濃避免用于構(gòu)件保護(hù)，所述混合氣變濃與燃料消耗增多有關(guān)。因而，盡管內(nèi)燃機(jī)12例如出于催化器保護(hù)原因在構(gòu)件保護(hù)中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也就是說伴隨混合氣變濃運(yùn)行時(shí)，也不優(yōu)選實(shí)施本方法。
根據(jù)下列示例性的計(jì)算，闡明本發(fā)明方法的效率優(yōu)點(diǎn)在混合車輛中，控制裝置36確定車輛電網(wǎng)26的實(shí)際功率要求為350W。實(shí)現(xiàn)該實(shí)例中使用的電容蓄能器24的額定充電狀態(tài)LZ_S。電機(jī)14以3000min-1轉(zhuǎn)動(dòng)，并且考慮當(dāng)前功率和電壓變化損失，由此產(chǎn)生400W的電功率。電機(jī)14(三相電流異步電機(jī))和其運(yùn)行所需的逆整流器以常規(guī)運(yùn)行方式工作以產(chǎn)生具有總效率為60％的功率。
使用本發(fā)明的不連續(xù)脈沖充電方法，直到達(dá)到充電狀態(tài)LZ的高轉(zhuǎn)換界限LZ_2時(shí)，才短暫使用2kW的發(fā)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)電機(jī)14，除了向車輛電網(wǎng)26供電以外，還提高了電容蓄能器24的充電狀態(tài)LZ。直到低轉(zhuǎn)換界限LZ_1下降時(shí)，與此相反，電機(jī)14完全不啟動(dòng)。使用2kW運(yùn)行時(shí)，電機(jī)14和逆整流器的系統(tǒng)運(yùn)行，所述系統(tǒng)效率為80％。因?yàn)樘峁┝嗽谇袛嚅g歇期間供車輛電網(wǎng)供電使用的能量，所述能量主要來自電容蓄能器24，所以必須考慮電容蓄能器24的輸入和輸出效率。對這兩種過程，在這種情況下所使用的雙層電容器具有95％的效率。此處對于車輛電網(wǎng)供電的效率(忽略脈沖充電期間內(nèi)燃機(jī)12的變化的效率)為0.8×0.95×0.95＝0.72，也即72％。因此，相對于連續(xù)運(yùn)行的+12％，通過電機(jī)14的本發(fā)明不連續(xù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了效率優(yōu)點(diǎn)。在考慮內(nèi)燃機(jī)12的負(fù)載點(diǎn)偏移和較高的蓄能器消耗和功率消耗時(shí)，雖然該效率優(yōu)點(diǎn)實(shí)際上輕微降低，但是相對于連續(xù)運(yùn)行還是顯著地降低。
參考符號表10混合驅(qū)動(dòng)裝置12內(nèi)燃機(jī)14電機(jī)16傳動(dòng)裝置18傳動(dòng)系20離合器22附加的離合器24蓄能器26車輛電網(wǎng)28耗電部件30浮充蓄電池32DC/DC變壓器34功率電子裝置36電動(dòng)機(jī)控制裝置38控制裝置M力矩n轉(zhuǎn)數(shù)LZ蓄能器的充電狀態(tài)LZ_S額定充電狀態(tài)LZ_1充電狀態(tài)的低轉(zhuǎn)換界限LZ_2充電狀態(tài)的高轉(zhuǎn)換界限vfzg車輛速度
權(quán)利要求
1.一種控制具有混合驅(qū)動(dòng)裝置(10)的機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)行的方法，所述混合驅(qū)動(dòng)裝置包括內(nèi)燃機(jī)(12)和至少一個(gè)可選地由電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)(14)，由此在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所述電機(jī)(14)向蓄能器(24)充電和/或向機(jī)動(dòng)車輛的車輛電網(wǎng)(26)供電，其特征在于，依賴保持給定的邊界條件，在交替的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)(14)的運(yùn)行，借此(a)在第一時(shí)間間隔內(nèi)，電機(jī)(14)使用第一高電功率輸出運(yùn)行，所述電功率輸出高于所述車輛電網(wǎng)(26)的實(shí)際功率消耗，以及(b)在第二時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第二時(shí)間間隔內(nèi)，由所述蓄能器(24)和/或車輛蓄電池(30)來實(shí)現(xiàn)所述車輛電網(wǎng)(26)的供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述蓄能器(24)的充電狀態(tài)(LZ)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換界限(LZ_2)時(shí)，結(jié)束所述第一時(shí)間間隔，以及當(dāng)所述蓄能器(24)的充電狀態(tài)(LZ)達(dá)到較低的轉(zhuǎn)換界限(LZ_1)時(shí)，結(jié)束所述第二時(shí)間間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，相對于蓄能器(24)的最大充電狀態(tài)，所述高轉(zhuǎn)換界限(LZ_2)和/或所述低轉(zhuǎn)換界限(LZ_1)彼此獨(dú)立地分別處于高于或低于額定充電狀態(tài)(LZ_S)的至多20％，尤其是至多10％，優(yōu)選至多5％。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述車輛電網(wǎng)(26)和/或所述蓄能器(24)的實(shí)際功率要求低于閾值時(shí)，尤其是當(dāng)所述功率要求低于1200W，優(yōu)選低于800W，尤其優(yōu)選低于500W時(shí)，實(shí)施所述電機(jī)(14)的交替運(yùn)行。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述車輛電網(wǎng)(26)和/或所述蓄能器(24)的實(shí)際的功率要求與所述電機(jī)(14)的實(shí)際最大發(fā)電機(jī)功率輸出之比低于閾值時(shí)，尤其是小于0.15，優(yōu)選小于0.10，尤其優(yōu)選小于0.05時(shí)，實(shí)施所述電機(jī)(14)的交替運(yùn)行。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)相對于連續(xù)運(yùn)行方式，所述交替運(yùn)行的效率優(yōu)點(diǎn)低于閾值時(shí)，尤其是至少2％，優(yōu)選至少5％，尤其優(yōu)選至少10％時(shí)，實(shí)施所述電機(jī)(14)的交替運(yùn)行。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)實(shí)施所述電機(jī)(14)的交替運(yùn)行，其中所述電機(jī)(14)的效率對轉(zhuǎn)數(shù)具有較小的依賴性，尤其轉(zhuǎn)數(shù)(n)的范圍是≥1250min-1，優(yōu)選≥1500min-1，尤其優(yōu)選≥2000min-1。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述蓄能器(24)的額定充電狀態(tài)(LZ_S)具有與低許可充電極限值和/或高許可充電極限值的最小距離時(shí)，尤其是20％的距離，優(yōu)選10％，尤其優(yōu)選5％時(shí)，實(shí)施所述電機(jī)(14)的交替運(yùn)行。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)至少滿足下列邊界條件之一時(shí)，實(shí)施所述電機(jī)(14)的交替運(yùn)行-保持所述內(nèi)燃機(jī)(12)的實(shí)際扭矩與最大內(nèi)燃機(jī)力矩的最小距離；-不存在伴有用以構(gòu)件保護(hù)的混合氣變濃的所述內(nèi)燃機(jī)(12)的實(shí)際運(yùn)行；-存在實(shí)際最小車輛速度；以及-存在車輛傳動(dòng)裝置(16)的插入最低擋等級。
11.一種具有混合驅(qū)動(dòng)裝置(10)的機(jī)動(dòng)車輛，所述混合驅(qū)動(dòng)裝置包括內(nèi)燃機(jī)(12)和至少一個(gè)可選地由電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)(14)，由此在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所述電機(jī)(14)向蓄能器(24)充電和/或向機(jī)動(dòng)車輛的車輛電網(wǎng)(26)供電，其特征在于，具有控制部件，使用所述控制部件，依賴保持給定的邊界條件，在交替的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)(14)的運(yùn)行，借此(a)在第一時(shí)間間隔內(nèi)，電機(jī)(14)使用第一高電功率輸出運(yùn)行，所述電功率輸出高于所述機(jī)動(dòng)車輛的車輛電網(wǎng)(26)的實(shí)際功率消耗，以及(b)在第二時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制具有混合驅(qū)動(dòng)裝置(10)的機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)行的方法，該混合驅(qū)動(dòng)裝置包括內(nèi)燃機(jī)(12)和至少一個(gè)可選地由電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)(14)，由此在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)(14)向蓄能器(22)充電和/或向機(jī)動(dòng)車輛的車輛電網(wǎng)(24)供電。本發(fā)明提供依賴保持給定的邊界條件，在交替的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)(14)的運(yùn)行，借此(a)在第一時(shí)間間隔內(nèi)，電機(jī)(14)使用第一高電功率輸出運(yùn)行，所述電功率輸出高于所述機(jī)動(dòng)車輛的車輛電網(wǎng)(26)的實(shí)際功率消耗，以及(b)在第二時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉。通過這種方式，極大地避免了低效率電機(jī)(14)的輕載操作點(diǎn)的開動(dòng)，并且因此對于連續(xù)工作方式實(shí)現(xiàn)了燃料優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B60K6/48GK101056777SQ200580039098
公開日2007年10月17日 申請日期2005年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者米歇爾·齊爾默, 馬蒂亞斯·赫爾茨, ?？斯隆げㄌ? 達(dá)維德·普羅哈茲卡 申請人:大眾汽車股份公司, 斯柯達(dá)汽車公司